5.3 Princípios gerais
Embora a definição de aquapônica não tenha sido totalmente resolvida, existem alguns princípios gerais que estão associados à ampla gama de métodos e tecnologias aquapônicas.
Usar os nutrientes adicionados ao sistema aquapônico da forma mais otimizada e eficiente possível para produzir os dois principais produtos da empresa (ou seja, peixe e biomassa vegetal) é um primeiro princípio importante e compartilhado associado à tecnologia (Rakocy e Hargreaves 1993; Delaide et al. 2016; Knaus e Palm 2017). Não adianta adicionar nutrientes (que possuem um custo inerente em termos de dinheiro, tempo e valor) a um sistema para observar que uma alta porcentagem desses nutrientes é dividida em processos, requisitos ou resultados que não estão diretamente associados aos peixes e plantas produzidos, ou a qualquer vida intermediária formas que podem auxiliar o acesso de nutrientes pelos peixes e plantas (isto é, microrganismos — bactérias, fungos, etc.) (Lennard 2017). Portanto, provavelmente o princípio geral mais importante associado à aquapônica é usar os nutrientes aplicados da forma mais eficiente possível para alcançar a produção otimizada de peixes e plantas.
Este mesmo argumento pode também ser aplicado às necessidades de água do sistema aquaponico em questão; mais uma vez, a água adicionada ao sistema deve ser utilizada principalmente pelos peixes e plantas e utilizada da forma mais eficiente possível e não pode vazar para processos, formas de vida ou resultados que não sejam diretamente associados à produção de peixes e plantas ou podem impactar no meio ambiente circundante (Lennard 2017).
Em termos reais, o uso eficiente de nutrientes e água leva a vários princípios de design que são amplamente aplicados ao método aquapônico:
O princípio mais importante da aquapônica é a utilização dos resíduos produzidos pelos peixes como fonte de nutrientes para as plantas. Na verdade, esta é toda a idéia de aquapônica e, portanto, deve ser um driver de primeira ordem para o método. A aquapônica foi historicamente considerada como um sistema de cultivo de plantas usando resíduos de aquicultura de peixes, de modo que esses resíduos de aquicultura tiveram menos impacto ambiental e foram vistos como uma mercadoria positiva e rentável, em vez de um produto residual problemático com um custo associado para atender às leis ambientais requisitos (Rakocy e Hargreaves 1993; Love et al. 2015a, b).
A conceção do sistema deverá incentivar a utilização de tecnologias de conservação de peixes e de cultura de plantas que não absorvam ou utilizem de forma destrutiva a água ou os recursos nutritivos adicionados. Por exemplo, os componentes de manutenção de peixes baseados no uso de lagoas de barro são desencorajados, porque a lagoa de barro tem a capacidade de usar e tornar indisponíveis água e recursos nutrientes para os peixes e plantas associados, reduzindo assim a eficiência de uso de água e nutrientes do sistema. Da mesma forma, os métodos de cultura de plantas hidropônicas não devem utilizar meios que absorvam quantidades excessivas de nutrientes ou água e os tornem indisponíveis para as plantas (Lennard 2017).
O projeto do sistema não deve desperdiçar nutrientes ou água através da produção de fluxos de resíduos externos. Principalmente, se a água e os nutrientes saírem do sistema através de um fluxo de resíduos, então essa água e esses nutrientes não estão sendo usados para a produção de peixes ou plantas e, portanto, essa água e esses nutrientes estão sendo desperdiçados, e o sistema não é tão eficiente quanto possível. Além disso, a produção de fluxos de resíduos pode ter um potencial impacto ambiental. Se as águas residuais e os nutrientes saírem do sistema aquapônico, devem ser utilizados em tecnologias alternativas de produção de plantas externas ao sistema para que a água e os nutrientes não sejam desperdiçados, contribuam para a produção global de biomassa comestível ou comercializável e não apresentem um potencial de impacto ambiental mais amplo ( Tyson et al. 2011).
O sistema deve ser projetado para diminuir ou, idealmente, negar completamente o impacto ambiental direto da água ou dos nutrientes. Um objetivo de primeira ordem da aquapônica é usar os resíduos produzidos pelos peixes como fonte de nutrientes para as plantas, de modo a negar a liberação desses nutrientes diretamente para o ambiente circundante, onde podem causar impactos (Tyson et al. 2011).
Os projetos de sistemas Aquapônicos devem, idealmente, ser localizados dentro de estruturas e situações ambientalmente controladas (por exemplo, estufas, salas de peixes). Isso permite o potencial de alcançar as melhores taxas produtivas de peixes e plantas do sistema. A maioria dos projetos aquapônicos são relativamente elevados em termos de custos de capital e custos contínuos de produção e, portanto, a capacidade de alojar o sistema no ambiente perfeito aumenta os potenciais de lucro que justificam financeiramente o alto capital e os custos de produção (Lennard 2017).
Os princípios acima descritos de design associam-se diretamente a um conjunto de princípios gerais que são frequentemente, mas nem sempre, aplicados ao ambiente de produção aquaônica. Estes princípios gerais relacionam-se com a forma como o sistema funciona e como os nutrientes são distribuídos entre o sistema e seus habitantes.
A premissa básica da aquapônica, em um contexto dinâmico de nutrientes, é que os peixes são alimentados com alimentos para peixes, peixes metabolizam e utilizam os nutrientes na alimentação dos peixes, peixes libertam resíduos baseados nas substâncias na ração de peixes que não utilizam (incluindo elementos), microflora acessam esses resíduos metabólicos de peixes e usam pequenas quantidades deles, mas transformar o resto, e as plantas, em seguida, acessar e remover esses microflora transformados, peixes resíduos metabólicos como fontes de nutrientes e, em certa medida, limpar o meio de água desses resíduos e neutralizar qualquer acumulação associada (Rakocy e Hargreaves 1993; Love et al. 2015a, b).
Uma vez que os sistemas de produção de peixe baseados na terra removem os próprios nutrientes, a aquapônica geralmente utiliza os princípios conhecidos como sistema de aquicultura de recirculação (RAS) para o componente de produção de peixe (Rakocy e Hargreaves 1993; Timmons et al. 2002). Os peixes são mantidos em tanques feitos de materiais que não removem nutrientes da água (plástico, fibra de vidro, concreto, etc.), a água é filtrada para tratar ou remover os resíduos metabólicos dos peixes (sólidos e gases de amoníaco dissolvidos) e a água (e nutrientes associados) é então direcionada para uma planta componente de cultura em que as plantas utilizam os resíduos de peixes como parte do seu recurso nutritivo (Timmons et al. 2002). Quanto aos peixes, os componentes de cultura de plantas à base de terra não são utilizados porque os solos envolvidos removem nutrientes e podem não necessariamente torná-los totalmente disponíveis para as plantas. Além disso, as técnicas de cultura de plantas hidropônicas não utilizam solo e são mais limpas do que os sistemas à base de solo e permitem algum controle passivo das misturas de microrganismos presentes.
As plantas cultivadas em hidroponia convencional requerem a adição de fertilizantes minerais: nutrientes presentes nas suas formas basais e iónicas (por exemplo, nitrato, fosfato, potássio, cálcio, etc.) (Resh 2013). Por outro lado, os sistemas de aquicultura de recirculação devem aplicar trocas regulares (diárias) de água para controlar a acumulação de metabolitos de resíduos de peixes (Timmons et al. 2002). A Aquaponics procura combinar as duas empresas separadas para produzir um resultado que alcança o melhor das duas tecnologias, negando o pior (Goddek et al. 2015).
As plantas exigem um conjunto de macro e micro elementos para um crescimento ideal e eficiente. Na aquaponia, a maioria desses nutrientes advém dos resíduos de peixes (Rakocy e Hargreaves 1993; Lennard 2017; COST FA1305 2017). No entanto, os alimentos para peixes (a principal fonte de nutrientes do sistema aquapônico) não contêm todos os nutrientes necessários para o crescimento otimizado das plantas e, portanto, é necessária nutrição externa, em diferentes extensões.
A hidroponia padrão e a cultura de substrato adicionam nutrientes à água em formas que estão diretamente disponíveis nas plantas (ou seja, formas iônicas e inorgânicas produzidas através de adições projetadas de variedades de sal) (Resh 2013). Uma proporção dos resíduos libertados pelos peixes apresenta-se em formas directamente disponíveis nas plantas (por exemplo, amoníaco), mas potencialmente tóxicas para os peixes (Timmons et al. 2002). Esses metabólitos de resíduos de peixes iônicos dissolvidos, como o amônia, são transformados por espécies bacterianas onipresentes que substituem os íons de hidrogênio por íons de oxigênio, sendo o produto da amônia o nitrato, que é muito menos tóxico para os peixes e a fonte preferida de nitrogênio para as plantas (Lennard 2017). Outros nutrientes apropriados para a absorção das plantas estão ligados na fração sólida dos resíduos de peixe como compostos orgânicos e requerem tratamento adicional através da interação microbiana para tornar os nutrientes disponíveis para a absorção das plantas (Goddek et al. 2015). Portanto, sistemas aquapônicos exigem que um conjunto de microflora esteja presente para realizar essas transformações.
A chave para uma integração aquapónica optimizada é determinar a relação entre a produção de resíduos de peixes (influenciada diretamente pela adição de alimentos para peixes) e a utilização de nutrientes vegetais (Rakocy e Hargreaves 1993; Lennard e Leonard 2006; Goddek et al. 2015). Várias regras de polegar e modelos foram desenvolvidos na tentativa de definir esse equilíbrio. Rakocy et al. (2006) desenvolveram uma abordagem que corresponde à necessidade de área de cultivo de plantas com a alimentação diária de peixe e a chamaram de “A Taxa de Alimentação Aquapônica”. O rácio da taxa de alimentação é fixado entre 60 e 100 gramas de ração para peixes adicionados por dia, por metro quadrado de área de cultivo vegetal (60—100 g/msup2/sup/dia). Esta taxa de alimentação foi desenvolvida utilizando peixes Tilapia spp. comendo uma dieta comercial padrão, 32% de proteína (Rakocy e Hargreaves 1993). Além disso, o sistema aquapônico para o qual essa relação é particular (conhecido como Sistema Aquaponico da Universidade das Ilhas Virgens — Sistema UVI) não utiliza a fração de resíduos sólidos de peixes, é sobreabastecido com nitrogênio e requer desnitrificação passiva no sistema para controlar a taxa de acumulação de nitrogênio ( Lennard 2017). Outros determinaram razões alternativas com base em diferentes combinações de peixes e plantas, testadas em diferentes condições específicas (por exemplo, Endut et al. 2010 — 15—42 g/msup2/sup/dia para bagres africanos, Clarias gariepinus e plantas de espinafre aquatica_, Ipomoea aquatica).
A taxa de alimentação UVI foi desenvolvida por Rakocy e sua equipe como uma abordagem aproximada; daí que é afirmado como um intervalo (Rakocy e Hargreaves 1993). A relação UVI tenta explicar o fato de que diferentes plantas exigem diferentes quantidades de nutrientes e misturas e, portanto, uma abordagem de design aquapônico “genérica” é uma perspectiva difícil. Lennard (2017) desenvolveu uma abordagem alternativa que procura corresponder diretamente às taxas de produção de nutrientes de resíduos de peixe individuais (com base na alimentação de peixe utilizada e na conversão e utilização de peixes dessa ração) com taxas específicas de absorção de nutrientes vegetais, de modo a que a proporção exigente entre peixes e plantas corresponda a qualquer Os peixes ou espécies vegetais escolhidas podem ser realizados e contabilizados na concepção do sistema aquapónico. Ele combina esta abordagem de projeto com uma abordagem de gestão específica que também utiliza todos os nutrientes disponíveis dentro da fração de resíduos sólidos de peixe (via remineralização aeróbica dos resíduos sólidos de peixe) e adiciona apenas os nutrientes necessários para a cultura das espécies vegetais escolhidas que estão faltando no frações de produção de resíduos de peixe. Por conseguinte, isto reduz substancialmente a razão da taxa de alimentação associada (por exemplo, menos de 11 g/msup2/sup/dia para algumas variedades verdes frondosas como um equivalente UVI) e permite que qualquer espécie de peixe seja especificamente e exatamente correspondida a qualquer espécie vegetal escolhida (Lennard 2017). Da mesma forma, Goddek et al. (2016) propuseram modelos que permitem uma determinação mais rigorosa da relação entre peixe e planta para sistemas aquapônicos dissociados.
Os princípios gerais de uso eficiente de nutrientes, uso baixo e eficiente da água, impacto ambiental baixo ou negado, capacidade de estar localizado longe dos recursos tradicionais do solo e sustentabilidade do uso dos recursos são os princípios gerais aplicados ao projeto e configuração do sistema aquapônico e sua a aplicação deve ser incentivada no domínio e na indústria.